Vào thập niên 1960, các nhà thiên văn bắt đầu để ý thấy Vũ trụ dường như thiếu mất một phần khối lượng. Giữa các quan sát đang diễn ra về vũ trụ và Thuyết Tương đối Rộng, họ tìm thấy một lượng lớn khối lượng trong Vũ trụ phải là vô hình. Nhưng ngay cả khi bao gộp cả “vật chất tối” này, các nhà thiên văn vẫn chỉ mới giải thích được khoảng hai phần ba toàn bộ vật chất nhìn thấy (tức là vật chất baryon) mà thôi.
Từ đây phát sinh cái các nhà thiên văn vật lí đặt tên là “bài toán baryon mất tích”. Nhưng sau một thời gian dài, các nhà khoa học đã tìm thấy cái rất có thể là vật chất bình thường mất tích trong Vũ trụ. Theo một nghiên cứu mới đây của một đội khoa học quốc tế, vật chất mất tích này gồm những sợi tóc khí oxygen bị ion hóa cao độ nằm trong không gian giữa các thiên hà.
Hình minh họa mạng nhện vũ trụ, các tua khí khuếch tán nối kết các thiên hà trong vũ trụ.
Nghiên cứu mang tựa đề “Các quan sát về baryon mất tích trong môi trường liên thiên hà nóng-ấm” mới đăng trên tạp chí Nature. Người đứng đầu nghiên cứu trên là Fabrizio Nicastro, một nhà nghiên cứu ở Viện Thiên văn Vật lí Quốc gia (INAF) ở Rome, Italia.
Với mục đích nghiên cứu của họ, đội khoa học đã tra cứu dữ liệu thu từ nhiều thiết bị để khảo sát không gian ở gần một quasar tên gọi là 1ES 1553. Quasar là những thiên hà có khối lượng cực lớn với Nhân Thiên hà Hoạt tính (AGN) phát ra năng lượng vô kể. Năng lượng này là kết quả của chất khí và bụi đang bồi tụ lên các siêu lỗ đen tại tâm thiên hà của chúng, làm cho các lỗ đen phát ra bức xạ và các vòi vật chất siêu nhiệt.
Trước đây, các nhà nghiên cứu tin rằng trong tổng lượng vật chất bình thường trong Vũ trụ, chừng 10% liên kết thành các thiên hà trong khi 60% tồn tại trong các đám mây khí khuếch tán lấp đầy những không gian mênh mông giữa các thiên hà. Tuy nhiên, vẫn còn 30% vật chất bình thường chưa được lí giải. Nghiên cứu này nhằm xác định liệu các baryon còn lại cũng có thể tìm thấy trong không gian giữa các thiên hà hay không. Nó là kết quả của một cuộc tìm kiếm kéo dài 20 năm trời.
Lí thuyết này được đề xuất bởi Charles Danforth, một nhà nghiên cứu tại Đại học Colorado Boulder và là một đồng tác giả ở nghiên cứu này, trong một bài báo vào năm 2012 đăng trên tờ The Astrophysical Journal - mang tựa đề “Điều tra số lượng baryon trong một môi trường liên thiên hà nhiều giai đoạn: 30% baryon có lẽ vẫn mất tích”. Trong bài báo đó, Danforth đề xuất rằng các baryon mất tích có thể được tìm thấy trong môi trường liên thiên hà nóng-ấm (WHIM), một cấu trúc kiểu mạng nhện trong không gian tồn tại ở giữa các thiên hà.
Theo lời giáo sư Michael Shull tại Đại học Colorado Boulder, một trong các đồng tác giả của nghiên cứu trên, thì mảnh đất hoang dã này trông tựa như nơi hoàn hảo để tìm kiếm. “Đây là nơi tự nhiên trở nên rất ngang bướng,” ông nói. “Môi trường liên thiên hà này có chứa những sợi mảnh chất khí ở nhiệt độ từ vài nghìn đến vài triệu độ.”
Để kiểm tra lí thuyết này, đội khoa học đã sử dụng dữ liệu thu từ Quang phổ kế Nguồn gốc Vũ trụ (COS) trên Kính thiên văn Vũ trụ Hubble để khảo sát WHIM ở gần quasar 1ES 1553. Sau đó họ sử dụng Sứ mệnh Nhiều gương tia X (XMM-Newton) của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) để tìm kĩ hơn những dấu hiệu của baryon, chúng xuất hiện dưới dạng những vòi khí oxygen ion hóa cao bị làm nóng đến nhiệt độ khoảng 1 triệu độ C.
Trước tiên, các nhà nghiên cứu sử dụng COS trên Kính Thiên văn Vũ trụ Hubble để có ý tưởng về nơi mà họ có thể tìm thấy các baryon mất tích trong WHIM. Sau đó, họ định vị các baryon đó bằng vệ tinh XMM-Newton. Ở những mật độ mà họ ghi được, đội khoa học kết luận rằng khi ngoại suy cho toàn bộ Vũ trụ, chất khí oxygen siêu ion hóa này có thể giải thích cho 30% sau cùng của vật chất bình thường.
Như giáo sư Shull cho biết, những kết quả này không chỉ giải được bí ẩn baryon mất tích mà chúng còn làm sáng tỏ thêm về cách Vũ trụ đã ra đời. “Đây là một trong những trụ cột chính của việc kiểm tra lí thuyết Big Bang: chỉ ra thống kê dân số baryon về hydrogen và helium và mọi nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn,” ông nói.
Trước mắt, Shull cho biết các nhà nghiên cứu đang hi vọng xác nhận được các kết quả của họ bằng cách nghiên cứu các quasar sáng hơn. Shull và Danforth cũng sẽ khảo sát xem khí oxygen làm thế nào có mặt ở những vùng này của không gian giữa các sao, mặc dù họ ngờ rằng nó đã được thổi từ các thiên hà và quasar đến đây trong tiến trình hàng tỉ năm. Tuy nhiên, hiện tại thì làm thế nào “vật chất mất tích” này trở thành bộ phận của WHIM vẫn là một câu hỏi mở.
Giả sử những kết quả này là đúng, thì các nhà khoa học hiện nay có thể tiếp tục làm việc với các mô hình vũ trụ học trong đó toàn bộ “vật chất bình thường” cần thiết là giải thích được, nó sẽ giúp chúng ta tiến gần hơn đến chỗ hiểu được Vũ trụ đã ra đời và tiến hóa như thế nào. Hiện nay, giá như ta có thể tìm thấy vật chất tối và năng lượng tối vốn hay lảng tránh, thì ta đã có một bức tranh trọn vẹn về Vũ trụ rồi! Vâng, bí ẩn vẫn còn đó...
Nguồn: Universe Today
